I sin nye bok, Knocking on Heaven's Door, utforsker Harvard University teoretiker Lisa Randall hvordan fysikk kan forandre vår forståelse av verdens grunnleggende natur. Hun tror en ekstra dimensjon kan eksistere nær vår kjente virkelighet, skjult bortsett fra en bisarr sapping av tyngdekraften slik vi ser den. Hun lurer også på sminke av mørk materie, usett partikler som har formet veksten av hele kosmos. Disse ideene, som en gang var den eneste provinsen av skjønnlitterære forfattere, møter virkelige tester i en ny generasjon eksperimenter. Følsomme detektorer snuser nå etter mørk materie, mens den mest komplekse vitenskapelige maskinen noensinne er laget, Large Hadron Collider (LHC), under grensen til Sveits og Frankrike, og smadrer subatomære partikler til hverandre med nesten lysets hastighet.
Fra denne historien
[×] STENGT
Fysiker Lisa Randall mener en ekstra dimensjon kan eksistere nær vår kjente virkelighet, skjult bortsett fra en bisarr sapping av tyngdekraften slik vi ser den. (Boston Globe via Getty Images) 
Fotogalleri
Relatert innhold
- Lisa Randalls guide til galaksen
- Ser du etter Neutrinos, naturens spøkelsespartikler
- Black Hole Rap
Hva var hovedmålene dine for din nye bok?
Et mål var å beskrive vitenskapen jeg er interessert i i dag: fysikken som skjer på LHC og søker etter mørk materie. Men jeg ønsket også å tydeliggjøre vitenskapens natur: hva det vil si å være rett og galt, hva det vil si å gjøre målinger, og rollene som usikkerhet, risiko og kreativitet.
Føler du at fysikkmiljøet er på grensen til å finne noe bemerkelsesverdig?
Jeg håper absolutt det. Vi har en god sjanse [med LHC] til å se Higgs-partikkelen, som forteller oss hvordan elementære partikler får masse. Andre dype spørsmål inkluderer rom-tid symmetri og om det er ekstra dimensjoner. Vi har virkelig en sjanse til å komme inn på disse temaene.
Det er mange bisarre ideer her, fra strengteori til en "brane" av ekstra dimensjoner rett ved siden av våre egne. Hvorfor skal vi betrakte disse ideene som mer enn fantasifulle konstruksjoner?
Jeg ber absolutt ikke noen ta på seg troen på noen av ideene jeg presenterer. Det er en del av poenget med boken: vitenskapen går videre, og vi ender systematisk opp med nye ideer og forklaringer, fra menneskeskalaene vi er veldig kjent med, til skalaer som er så fjernt at det er vanskelig å ha intuisjon om dem. Vitenskap er også en selvkorrigerende prosess, noe jeg forventer at vil skje med den nylige kunngjøringen av nøytrinoer som kan bevege seg raskere enn lysets hastighet.
Kan du beskrive essensen av ideen din om ekstra dimensjoner?
Det kan være mer i universet enn de tre dimensjonene vi er kjent med. De er skjult for oss på noen måte, kanskje fordi de er bittesmå eller forvrengte. Men selv om de er usynlige, kan de påvirke det vi faktisk observerer i universet. Det er mange ting vi ikke kan se med det blotte øye som viser seg å være basert i virkeligheten.
Ekstra dimensjoner kan være relevante for et av spørsmålene vi prøver å svare på LHC: hvordan partikler får massen deres, og hvorfor de har massene de gjør, som er langt mindre enn fysikere forventer at de skulle være. Så ideen vår er at det er en ekstra dimensjon som er så skjev, at massene ville være store ett sted og små på et annet. Med andre ord, tyngdekraften kan være svakere ett sted og sterkere på et annet. I så fall kan det være en naturlig forklaring både på hvorfor partikelmasser er hva de er, og hvorfor tyngdekraften er så mye svakere enn de andre elementære kreftene vi observerer.
Denne ekstra dimensjonen kan skilles fra vår med en billion billion billion centimeter. Er dette et parallelt ennå utilgjengelig univers?
Det samhandler med dimensjonene våre bare via tyngdekraften. Og tyngdekraften er ekstremt svak. En elementær partikkel ved vanlige energier utøver ubetydelig gravitasjonskraft. Men på LHC, hvis denne ideen stemmer, ville vi se bevis på denne ekstra dimensjonen. Partikler kan føre fart fremover i den ekstra dimensjonen, og det kan faktisk observeres.
Men det er ikke noe du tenker på som et "parallelt univers?"
Teknisk sett, ja, det kunne eksistere parallelt med universet vårt. Men det er ikke bare en karbonkopi av universet vårt, som mange tenker på når de hører den frasen.
Hvis fysikere finner solide bevis på ekstra dimensjoner, hvordan ville det da påvirke vårt syn på universet og vår plass i det?
Du kan ha veldig eksotiske underliggende fenomener, men de vil fortsatt være i samsvar med de vanlige reglene vi er kjent med. På et eller annet nivå endrer det ikke noe. Imidlertid betyr det at på et dypt underliggende nivå er det et mye rikere univers der ute. Det er bare en fantastisk ting å vite hva universet vårt er laget av.
Du beskriver LHC som en "overveldende prestasjon."
Teknologisk er det en tour de force. At denne tingen fungerer er fantastisk. Vi ser etter veldig sjeldne hendelser, så du trenger en veldig presis, veldig godt forstått maskin for å gjøre dem og detektorer til å forstå det du ser. Du trenger en ekstrem mengde energi fokusert i et veldig lite område for å få disse kollisjonene til å skje, slik at underkomponenter av protoner - kvarker og gluoner - kan kollidere direkte. Og når de gjør det, kan de lage nye former for tyngre materie.
Mange mennesker fryktet at LHC ville produsere et planetuttorende svart hull.
Forskere tok det veldig seriøst, og de utelukket denne muligheten ikke bare teoretisk, men også ved å se på kollisjoner av kosmiske stråler som skaper denne samme typen energi. Vi lever i en verden der det er mange risikoer, og det er på høy tid at vi begynner å ta alvorlig hvilke vi bør være bekymret for. Fysikere viste at denne ikke er en risiko.
Du tilbyr en direkte diskusjon om religion og dens forenlighet med vitenskap. Hvorfor bestemte du deg for å snakke om det emnet?
Jeg måtte nesten i en bok med tittelen Knocking on Heaven's Door . Men det er virkelig forvirring rundt hva det vil si å være rett og galt - forskjellen mellom hva åndelig tro er og hva vitenskap er. Jeg følte at hvis jeg skulle forklare vitenskap, var det viktig å forklare disse distinksjonene. Jeg ønsket å ta alvorlig de forskjellige synene på universet som folk har, men å si at det virkelig er forskjeller.
Du skrev: "Den religiøse delen av hjernen din kan ikke fungere på samme tid som den vitenskapelige. De er rett og slett uforenlige."
Når jeg sier at de er inkompatible, mener jeg noe veldig spesifikt: En åndelig tro basert på noe som ikke er basert på faktisk materiale eller årsak og virkning - måtene vi forstår vitenskapelig på - er bare annerledes enn vitenskapen. Det er en veldig spesifikk uttalelse.
Når du snakker med publikum, hvilken populær misoppfatning om fysikk slår deg mest?
Du prøver å få meg i trøbbel! Det er sannsynligvis overforbruk av kvantemekanikk. Folk tror det forklarer ting som det ikke kan. Det er mange mysterier om kvantemekanikk, men de oppstår for det meste i veldig detaljerte målinger i kontrollerte omgivelser.
Du beskriver LHCs kjempedetektorer som kunstverk. Er det å undersøke universets natur like mye et estetisk forsøk som en vitenskapelig?
Kunst og vitenskap appellerer til noen av de samme kreative instinktene. Det er en forståelse av noe større enn oss selv, som jeg tror både kunst og vitenskap tar for seg. Imidlertid kan du ha en vakker idé innen naturfag, og det kan være bare galt - ikke fordi det er matematisk inkonsekvent, men fordi det ikke er realisert i verden.
Du skrev teksten til en opera, "Hypermusic Prologue: A Projective Opera in Seven Planes, " som hadde premiere i 2009 på Centre Pompidou i Paris. Hvordan oppsto det?
Komponisten [Hector Parra] skrev til meg for å spørre om jeg ville bli involvert. Det var en interessant mulighet til å utforske et kunstvitenskapelig veikryss på en ny måte. Kunst reflekterer ofte i tidenes ideer. Så jeg likte virkelig å jobbe med artister som setter pris på det og som integrerer vitenskap i en ny ting - men ikke bare på en måte som kopierer det. Det var store kreative utfordringer, for eksempel hvordan du representerer høyere dimensjoner på en scene.
Operaen hadde en to-person rollebesetning, en minimalistisk scenografi med abstrakte projeksjoner, og en poengsum som ble digitalt endret på steder. Å sitte i publikum må ha vært en ganske opplevelse for deg.
Jeg jobber med blyant og papir eller på en datamaskin, så det å ha fantastiske sangere som sang ordene mine, akkompagnert av musikere og et nydelig sett, var bare noe å se. Delene som gikk frem og tilbake mellom den ekstra-dimensjonale verden og vår verden, var virkelig flotte. Hector trodde [min forskning] ville gi ham innsikt i måter å lage forskjellige typer musikk, og det gjorde det faktisk. Jeg tror jeg ble bedt om å legge inn mer fysikk enn jeg ideelt sett ville hatt, og til slutt var musikken veldig abstrakt. Imidlertid var det flott musikk, og det var øyeblikk som var virkelig vakker.
Du lager lekne musikalske referanser i bokens tittel og tekst, fra Police and Suzanne Vega til Beatles og Bob Dylan. Er du en stor populær musikkfan?
Jeg har denne uhyggelige evnen der ord stikker i hodet mitt, så jeg hører en sang og mange ganger skjer det bare automatisk at jeg bruker tekstene senere. Det er kanskje ikke den opprinnelige hensikten med ordene, men de passer noen ganger fint til det jeg prøver å si.
Hva er det neste for deg i naturfag?
Jeg har undersøkt ideer som knytter mørk materie til vanlig materie. Det er dette fantastiske faktum at energien som bæres av mørk materie i universet er omtrent seks ganger energien som bæres av vanlig materie. Spørsmålet er, hvorfor er det det? [Forholdet] kunne vært helt annerledes. Så jeg ser på måter de to typer stoffene kan være relatert til, noe som kan forklare tilfeldigheten.
